Με μια πρώτη ματιά, οι διατροφικές ετικέτες δίνουν την εντύπωση ότι ο υπολογισμός των θερμίδων είναι μια απλή διαδικασία. Αναγράφουν τον αριθμό θερμίδων ανά μερίδα, ο οποίος υπολογίζεται με βάση την περιεκτικότητα της τροφής σε λιπαρά, υδατάνθρακες και πρωτεΐνες. Ωστόσο, μέσα στο σώμα, η πέψη είναι μια πολύ πιο περίπλοκη διαδικασία. Η τροφή περνά μέσα από ένα ζωντανό μικροβιακό οικοσύστημα που μπορεί να επηρεάσει πόσες από αυτές τις θερμίδες απορροφά πραγματικά ο οργανισμός.
Ένα νέο μαθηματικό μοντέλο που ανέπτυξαν ερευνητές του Πανεπιστημίου της Αριζόνα (ASU) εξετάζει πιο προσεκτικά αυτό το «κρυφό» κομμάτι της πέψης. Το μοντέλο, που ονομάζεται DAMM– από τα αρχικά των λέξεων digestion, absorption and microbial metabolism (πέψη, απορρόφηση και μικροβιακός μεταβολισμός)- παρακολουθεί την πορεία της τροφής μέσα στο πεπτικό σύστημα, υπολογίζοντας τι απορροφά άμεσα το σώμα, τι φτάνει στο παχύ έντερο και πώς τα μικρόβια του εντέρου επεξεργάζονται το υπόλοιπο υλικό σε προϊόντα που είτε απορροφώνται είτε αποβάλλονται.
Αυτό το μοντέλο θα μπορούσε στο μέλλον να βοηθήσει τους ερευνητές να κατανοήσουν καλύτερα την παχυσαρκία, τον διαβήτη και άλλες μεταβολικές διαταραχές, δείχνοντας πώς οι τροφές επηρεάζουν τόσο το ανθρώπινο σώμα όσο και τη μικροβιακή κοινότητα του παχέος εντέρου.
«Η πέψη δεν είναι μόνο μια ανθρώπινη διαδικασία- είναι μια συνεργασία ανάμεσα στο σώμα μας και τα τρισεκατομμύρια μικροβίων που ζουν στο έντερό μας», εξηγεί η καθηγήτρια Ρόζα Κραϊμάλνικ-Μπράουν. «Το DAMM μάς προσφέρει έναν ισχυρό νέο τρόπο να ποσοτικοποιήσουμε τη συμβολή αυτών των μικροβιακών “συνεργατών” στην ανθρώπινη υγεία και την ενεργειακή ισορροπία, ενώ αναδεικνύει και τη σημασία της σωστής διατροφής».
Η Ρόζα Κραϊμάλνικ-Μπράουν διευθύνει το Κέντρο Βιοσχεδιασμού για την Υγεία μέσω Μικροβιωμάτων και είναι καθηγήτρια στη Σχολή Βιώσιμης Μηχανικής και Δομημένου Περιβάλλοντος του ASU.
Πέρα από την απλή καταμέτρηση θερμίδων
Για περισσότερο από έναν αιώνα, οι επιστήμονες βασίζονται στους λεγόμενους συντελεστές Atwater για να εκτιμήσουν την ενέργεια που λαμβάνει ο άνθρωπος από τις τροφές, η οποία μετριέται σε θερμίδες. Η μέθοδος πολλαπλασιάζει την ποσότητα πρωτεϊνών, υδατανθράκων και λιπών στα τρόφιμα με τον μέσο όρο των μεταβολίσιμων θερμίδων ανά γραμμάριο.
Το σύστημα είναι απλό και χρήσιμο, αλλά δεν λαμβάνει υπόψη τη μικροβιακή πλευρά της πέψης – δηλαδή πώς διαφορετικά διατροφικά πρότυπα «τρέφουν» τα μικρόβια του εντέρου ή πώς αυτά παράγουν ενώσεις όπως τα λιπαρά οξέα βραχείας αλύσου από φυτικές ίνες και άλλα άπεπτα υπολείμματα τροφής στο παχύ έντερο.
Η νέα έρευνα βασίστηκε σε ελεγχόμενη μελέτη διατροφής που εξέτασε πώς το μικροβίωμα του εντέρου επηρεάζει την ενεργειακή ισορροπία του ανθρώπου. Το μικροβίωμα του εντέρου είναι η τεράστια κοινότητα βακτηρίων και άλλων μικροοργανισμών που ζουν στο πεπτικό μας σύστημα.
Στη μελέτη, υγιείς ενήλικες ακολούθησαν δύο προσεκτικά σχεδιασμένους τύπους διατροφής: μία που ενισχύει το μικροβίωμα και είναι πλούσια σε φυτικές ίνες και ανθεκτικό άμυλο (λιγότερο επεξεργασμένες τροφές και μεγαλύτερα σωματίδια τροφής), και μία πιο τυπική δυτική διατροφή, φτωχότερη σε αυτά τα στοιχεία (περισσότερες επεξεργασμένες τροφές και μικρότερα σωματίδια).
Όσοι ακολουθούσαν τη δυτική διατροφή απορροφούσαν περίπου 116 περισσότερες θερμίδες ημερησίως σε σύγκριση με όσους ακολουθούσαν τη διατροφή υψηλής περιεκτικότητας σε φυτικές ίνες. Παρ’ όλα αυτά, η ομάδα με τις φυτικές ίνες δεν ανέφερε ότι πεινούσε περισσότερο.
«Αυτό που κάνει το μοντέλο DAMM πραγματικά μοναδικό είναι ότι συνδέει ποσοτικά τον ανθρώπινο μεταβολισμό με τον μεταβολισμό των μικροοργανισμών στο παχύ έντερο, με τρόπο που συμφωνεί με τα αποτελέσματα της κλινικής μελέτης και προσφέρει θεμελιώδη κατανόηση για το πώς λειτουργεί η μικροβιακή κοινότητα σε συνεργασία με τον ανθρώπινο οργανισμό», εξηγεί ο καθηγητής Μπρους Ρίτμαν, διευθυντής του Κέντρου Βιοτεχνολογίας Swette για τον Βιολογικό Σχεδιασμό και καθηγητής περιβαλλοντικής μηχανικής.
Παρακολουθώντας την «κρυφή» ενέργεια
Το DAMM ξεκινά διαχωρίζοντας τη διατροφή στα θρεπτικά συστατικά που συνθέτουν τις πρωτεΐνες, τους υδατάνθρακες και τα λιπαρά και στη συνέχεια εκτιμά πόση αξιοποιήσιμη ενέργεια απορροφάται στο ανώτερο πεπτικό σύστημα.
Στη συνέχεια, ακολουθεί το υλικό στο παχύ έντερο, όπου τα μικρόβια του εντέρου διασπούν τα υπόλοιπα συστατικά των τροφίμων που διέφυγαν από την προηγούμενη διαδικασία πέψης. Κατά τη διαδικασία αυτή παράγονται λιπαρά οξέα βραχείας αλύσου, τα οποία μπορούν να απορροφηθούν από το παχύ έντερο και να χρησιμοποιηθούν από τον οργανισμό ως επιπλέον θερμίδες. Το μοντέλο λαμβάνει επίσης υπόψη την παραγωγή μεθανίου από ορισμένα μικρόβια, γνωστά ως μεθανογόνα.
Η συμβολή των μικροβίων αποδεικνύεται σημαντική. Το μοντέλο εκτίμησε ότι τα λιπαρά οξέα βραχείας αλύσου που απορροφώνται από το παχύ έντερο προσφέρουν κατά μέσο όρο περίπου 140 θερμίδες ημερησίως, δηλαδή περίπου το 7,4% της συνολικής αξιοποιήσιμης ενέργειας. Περίπου το 85% της αξιοποιήσιμης ενέργειας προέρχεται από το ανώτερο γαστρεντερικό σύστημα, ενώ περίπου το 15% από το κατώτερο γαστρεντερικό, όπου η μικροβιακή δραστηριότητα παίζει καθοριστικό ρόλο.
Όταν οι ερευνητές συνέκριναν το DAMM με τα αποτελέσματα της ελεγχόμενης διατροφικής μελέτης, το νέο μοντέλο αποδείχθηκε πιο ακριβές από τη συμβατική μέθοδο Atwater στην εκτίμηση των θερμίδων που απορροφούσε πραγματικά ο οργανισμός. Η παραδοσιακή μέθοδος είχε την τάση να υποεκτιμά τις απορροφούμενες θερμίδες, ενώ το DAMM παρήγαγε αποτελέσματα που ταίριαζαν περισσότερο με τις πραγματικές μετρήσεις.
Ένα μοντέλο για τη διατροφή
Το μοντέλο κατέγραψε επίσης σημαντικές διαφορές μεταξύ των διατροφών υψηλής και χαμηλής περιεκτικότητας σε φυτικές ίνες. Η διατροφή που ενισχύει το μικροβίωμα παρείχε περισσότερο υλικό προς ζύμωση στο παχύ έντερο, όπου τα μικρόβια μπορούσαν να το μετατρέψουν σε λιπαρά οξέα βραχείας αλύσου. Το DAMM προέβλεψε αυξημένη παραγωγή αυτών των λιπαρών οξέων στη συγκεκριμένη διατροφή, αντικατοπτρίζοντας το γενικό μοτίβο που παρατηρήθηκε στην κλινική δοκιμή, όπου καταγράφηκαν υψηλότερα επίπεδα τόσο στο αίμα όσο και στα κόπρανα.
Τα λιπαρά οξέα βραχείας αλύσου δεν είναι απλώς υποπροϊόντα της πέψης. Παράγονται όταν τα μικρόβια του εντέρου ζυμώνουν φυτικές ίνες και άλλα συστατικά τροφής που δεν απορροφήθηκαν νωρίτερα, ενώ μέρος αυτών μπορεί να απορροφηθεί από τον οργανισμό και να χρησιμοποιηθεί ως θερμίδες.
Ωστόσο, αυτό αποτελεί μόνο ένα μέρος της συνολικής ενεργειακής ισορροπίας. Η διατροφή που ενισχύει το μικροβίωμα οδήγησε τελικά σε λιγότερες καθαρές απορροφούμενες θερμίδες, παρότι αύξησε τη μικροβιακή δραστηριότητα και την παραγωγή λιπαρών οξέων βραχείας αλύσου.
Το DAMM βοηθά τους ερευνητές να διαχωρίσουν αυτά τα επιμέρους στάδια της διαδικασίας, δείχνοντας τι απορροφά απευθείας το σώμα, τι παράγουν τα μικρόβια και τι τελικά απορροφάται ή αποβάλλεται.
«Το μοντέλο DAMM είναι κάτι περισσότερο από ένα εργαλείο περιγραφής της διατροφής», δήλωσε ο Τέιλορ Ντέιβις, ο οποίος συμμετείχε στη μελέτη.
«Είναι ένα πλαίσιο σχεδιασμένο να εξελίσσεται. Καθώς ανακαλύπτουμε περισσότερα για την αλληλεπίδραση διατροφής, μεταβολισμού και μικροβίων, οι νέες γνώσεις μπορούν να ενσωματώνονται στο μοντέλο, επιτρέποντάς του να εξελίσσεται μαζί με τις γνώσεις μας».
Η μελέτη δημοσιεύθηκε στο επιστημονικό περιοδικό PLOS One.
